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1 DSP系統的軟件優(yōu)化流程 DSP系統的軟件優(yōu)化流程如圖1所示。整個(gè)工作流程分為3個(gè)階段： 第1階段，直接根據需要用高級C語(yǔ)言實(shí)現DSP功能，測試代碼的正確性。然后，移植到C6X平臺，利用C6X開(kāi)發(fā)環(huán)境Profile測試程序的運行時(shí)間。若不滿(mǎn)足要求，則進(jìn)入下一階段。 第2階段，利用C6X提供的優(yōu)化方式和其他各種優(yōu)化技巧，如使用不同的編譯器選項使能軟件流水，循環(huán)展開(kāi)，字存取代替半字存取等，優(yōu)化C語(yǔ)言代碼。如果還不能滿(mǎn)足要求，則進(jìn)入第3階段。 第3階段，將C語(yǔ)言代碼中耗時(shí)最長(cháng)的部分抽取出來(lái)，用線(xiàn)性匯編語(yǔ)言重寫(xiě)，用匯編優(yōu)化器進(jìn)行優(yōu)化。使用profile確定這段代碼是否需要進(jìn)一步優(yōu)化。 2 優(yōu)化過(guò)程 首先，用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，并通過(guò)編譯驗證其正確性。然后，使用內聯(lián)函數和合適的優(yōu)化選項進(jìn)行優(yōu)化，并通過(guò)CCS中的profiler確定是否有函數需要被進(jìn)一步優(yōu)化，使用線(xiàn)性匯編語(yǔ)言重寫(xiě)需要被優(yōu)化的函數。最后，使用匯編優(yōu)化編程技巧和匯編優(yōu)化器優(yōu)化匯編代碼。 2.1 編譯器 當優(yōu)化器被激活時(shí)，將完成圖2所示的過(guò)程。C／C++語(yǔ)言源代碼首先通過(guò)一個(gè)完成預處理的解析器(Parser)，生成一個(gè)中間文件(.if)作為優(yōu)化器(Optimizer)的輸入。優(yōu)化器生成一個(gè)優(yōu)化文件(.opt)，這個(gè)文件作為完成進(jìn)一步優(yōu)化的代碼生成器(Code generator)的輸入，最終生成匯編文件(.asm)。當選擇編譯選項時(shí)，-o2和-o3將盡可能地優(yōu)化軟件。 2.2 編譯器內聯(lián)函數 TMS320C6X提供了很多內聯(lián)函數，它們直接映射為內嵌C6X匯編指令的特殊函數，這樣可迅速優(yōu)化C語(yǔ)言代碼。C編譯器以?xún)嚷?lián)函數的形式支持所有C語(yǔ)言代碼不易表達的指令。內聯(lián)函數用下劃線(xiàn)"_"開(kāi)頭，如例2，使用時(shí)如同調用普通函數一樣。下面結合實(shí)例，研究一下完成200點(diǎn)點(diǎn)積經(jīng)過(guò)上述各種優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化后的代碼效率。完成200點(diǎn)的點(diǎn)積運算C語(yǔ)言代碼程序dotp.c如下： 3 線(xiàn)性匯編代碼的優(yōu)化 優(yōu)化線(xiàn)性匯編代碼，首先是盡可能地使指令并行，使得同一時(shí)間內多個(gè)功能單元同時(shí)被使用，然后是調整代碼順序，縮減等待時(shí)延(NOPS)，如例5。接下來(lái)使用字訪(fǎng)問(wèn)short型數據，如例6，最后使用軟件流水技術(shù)。當進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，并不是要按順序地完成上面的每一步。只要達到要求，就可以結束。 3.1 C語(yǔ)言代碼轉換到線(xiàn)性匯編代碼 定點(diǎn)點(diǎn)積中，C語(yǔ)言代碼內部循環(huán)使用線(xiàn)性匯編指令，如例3所示。 3.2 線(xiàn)性匯編的資源分配 ①裝載指令(LDW)必須使用.D單元。 ②乘法指令(MPY和MPYH)必須使用.M單元。 ③加法指令(ADD)使用.L單元。 ④減法指令(SUB)使用.S單元。 ⑤跳轉指令(B)使用.S單元。 由此得到例4的匯編代碼。 完成200次循環(huán)迭代，經(jīng)過(guò)profile clock分析循環(huán)部分，需要16×200=3200 cycles。 3.3 使用并行指令完成點(diǎn)積代碼 使用并行指令完成點(diǎn)積代碼如例5所示。 使用并行指令，循環(huán)體內需要8個(gè)時(shí)鐘周期。這段循環(huán)代碼的執行周期為8×200=1600 cycles。 3.4 使用字存取原short型數據 為進(jìn)一步提高效率，使用字存取原short型數據，如例6所示。 這段代碼在循環(huán)體內仍然是8個(gè)時(shí)鐘周期，迭代100次為8×100=800 cycles。 4 軟件流水技術(shù) 軟件流水技術(shù)是用在循環(huán)語(yǔ)句中調用指令的方法，即安排循環(huán)中的多個(gè)迭代運算并行執行。在編譯C語(yǔ)言代碼時(shí)，可以選擇編譯器的-o2或-o3選項，編譯器將根據程序盡可能地安排軟件流水。圖3所示為運用軟件流水的循環(huán)結構，它包括A、B、C、D、E五次迭代，同一周期最多執行五次迭代的不同指令(陰影部分)。圖3中陰影部分稱(chēng)為"循環(huán)內核"，核中不同的指令并行執行。核前執行的過(guò)程稱(chēng)為"流水線(xiàn)填充"，核后執行的過(guò)程稱(chēng)為"流水線(xiàn)排空"。 在DSP算法中存在大量的循環(huán)操作，因此充分運用軟件流水線(xiàn)方式，能極大地提高程序的運行速度。當手繪軟件流水時(shí)，首先要畫(huà)出相關(guān)圖，如圖4所示，然后建立軟件流水迭代間隔編排表，最后根據編排表寫(xiě)出程序。 在畫(huà)相關(guān)圖時(shí)應遵循： ①畫(huà)出節點(diǎn)和路徑； ②寫(xiě)出完成各指令需要的CPU周期； ③為各節點(diǎn)指派功能單元； ④分開(kāi)路徑，以使最多的功能單元被使用。 根據相關(guān)圖寫(xiě)出模迭代間隔安排表，如表1所列。 由此迭代間隔表寫(xiě)出對應代碼： 由此得到的代碼所需CPU時(shí)鐘周期為7+100+l=108 cycles。 5 總 結 各種優(yōu)化技術(shù)所需時(shí)鐘數如表2所列。表中括號內數字為循環(huán)內核時(shí)鐘周期，括號前數字為流水線(xiàn)填充時(shí)鐘周期，括號后數字為流水線(xiàn)排空CPU時(shí)鐘周期。 由此得出遵循以上的軟件優(yōu)化流程和代碼優(yōu)化技術(shù)，可以極大地提高代碼效率，這對實(shí)際應用具有重大意義。 |
